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1、快速成型技术概述现代科学技术的飞速发展，尤其是微电子、计算机、数控技术、激光技术、 材料科学的进步为制造技术的变革与发展创造了前所未有的机遇，使得机械制造 能够突破传统的制造模式，发展出一项崭新的制造技术一一快速成型技术。诞生背景快速成型技术的诞生主要有两方面的原因：1）市场拉动市场全球化和用户需求个性化为先进制造技术提出了新的要求，随着市场一 体化的发展，市场竞争越来越激烈，产品的开发速度成为竞争的主要矛盾。同时 用户需求多样化的趋势日益明显，因此要求产品制造技术有较强的灵活性，在不 增加成本的前提下能够以小批量生产甚至单件生产产品。2）技术推动新技术的发展为快速成型技术的产生奠定了技术基础
2、，信息技术、计算机技 术的发展、CAD/CAM技术的发展、材料科学的发展一新材料的出现、激光技术 的发展为快速成型技术的产生和发展奠定了技术基础。快速成型技术就是在这样 的社会背景下在80年代后期产生于美国并迅速扩展到欧洲和日本。由于即技术 的成型原理突破了传统加工中的塑性成形（如锻、冲、拉伸、铸、注塑加工等和 切削成形的工艺方法，可以在没有工装夹具或模具的条件下迅速制造出任意复杂 形状又具有一定功能的三维实体原型或零件，因此被认为是近二十年来制造技术 领域的一次重大突破。基本原理与特征快速成型技术是一种将原型（或零件、部件）的几何形状!结构和所选材料的组合信息建立数字化描述模型，之后把这些信
3、息输出到计算机控制的机电集成制造 系统进行材料的添加、加工，通过逐点、逐线、逐面进行材料的三维堆砌成型， 再经过必要的处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求，实现快速!准 确地制造原型或实际零件、部件的现代化方法。快速成型技术的特征为：(1) 可以制造出任意复杂的三维几何实体；(2) CAD模型直接驱动；(3) 成形设备无需专用夹具或工具；(4) 成形过程中无人干预或较少干预；快速成型技术的优势(1) 响应速度快：与传统的加工技术相比，RP技术实现了 CAD模型直接驱 动，成形时间短，从产品CAD或从实体反求获得数据到制成原型，一般只需要 几小时至几十个小时，速度比传统成型加工方法快得
4、多这项技术尤其适于新产 品的开发，适合小批量、复杂(如凹槽、凸肩和空心嵌套等)、异形产品的直接生 产而不受产品形状复杂程度的限制，还改善了设计过程中的人机交流，使产品设 计和模具生产并行，从而缩短了产品设计、开发的周期，加快了产品更新换代的 速度，大大地降低了新产品的开发成本和企业研制新产品的风险。(2) 加工柔性高：RP技术将复杂的三维加工技术分解成简单的二维加工的组 合，制造工艺大大简化。因此，从理论上讲RP技术可以制造任意复杂形状的原 型产品。从这个角度来讲，RP技术属于自由成型制造。其含义有两点，一是指 可以根据原型或零件的形状，无需使用工具、模具，而自由地成型；二是指不受 形状复杂程
5、度的限制，能够制造任意复杂形状与结构、不同材料复合的原型或零 件。（3）节能、环保、绿色制造：RP技术属于环保型技术，能源和原材料的利用 率高。从理论上讲，原料利用率可达100%，而且产生的噪音小，环境污染少。快速成型技术的分类RP技术的具体工艺不下30余种，根据其应用情况和商品化程度，最为典 型的快速成型技术有以下四种：1）光固化成形光固化成形的原理是：将激光聚焦到液态光固化材料（如光固化树脂）表面， 令其有规律地固化，由点到线到面完成一个层面的建造，而后升降平台移动一个 层片厚度的距离，重新覆盖一层液态材料，再建造一个层面，由此层层迭加成为 一个三维实体。2）分层实体制造该技术采用激光或刀
6、具对箔材进行切割，首先切割出工艺边框和原型的边缘 轮廓线，而后将不属于原型的材料切割成网格状，通过升降平台的移动和箔材的 送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘结在一起。这样层层迭加后得到 一个块状物，最后将不属于原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。这里 所说的箔材可以是涂覆纸（涂有粘结剂覆层的纸）、涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材 质基的箔材。3）选区激光烧结此技术采用激光对有很好密实度和平整度的粉末铺成的层面，有选择地直接 或间接将粉末熔化或粘结形成一个层面，铺粉压实，再熔结或粘结成另一层并与前一层熔接或粘结，如此层层叠加为一个三维实体。所谓直接熔结是将粉末直接 熔化面连；间接尼龙材料
7、SLS快速成型技术研究熔结是指仅熔化粉末表面的粘 结涂层，以达到互相粘结的目的，粘结则是指将粉末采用粘结剂粘结，这里的粉 末材料主要有蜡、聚碳酸脂、水洗砂等非金属粉以及金属粉如铁、钻、铬以及它 们的合金。4）熔融沉积制造FDM是指将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积 个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并与的一个层面粘结在一 起，如此层层堆积而获得一个三维实体。快速成型技术的应用概况根据不同的应用场合和需求，快速成型技术主要有4种层次的应用：用于概念设计的原型：这种原型对精度和物理化学特性要求不高，主要要求 成型速度快，精度适中，设备小巧，运行可靠、清洁、无
8、噪音，操作方便。用于功能测试的原型：此原型对强度、刚度、耐温性、抗腐蚀性有一定的要 求，以满足测试要求；如果用于装配测试，则对材料成形的精度还有一定要求。用于制造模具或其原型：模具原型要求材料适应特定模具的制造要求，如对 于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。用于制造功能零件：功能零件则要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从技术的发展历程来看，最初主要应用于原型制造。随着研究的深入，现在 很多研究者都致力于研究快速制造金属零件。国际统计资料表明，原型中的三分 之一被用来作为可视化的手段用于评估设计、协助设计模具、沟通设计者与制造 商及工程投标；四分之一被用来进行装配和性能测试；四分之一以上用
9、于协助完成模具制造。目前，快速成型技术在模具、家用电器、汽车、航空航天、军工制 造、材料工程、玩具、轻工产品、工业造型、建筑模型、医疗器械、人体器官模 型、生物材料组织、考古、电影制作等领域都得到了广泛的应用。快速成型技术 是目前先进制造技术中发展最为迅速的一种，在短短一二十年的时间已经由最初 的原理研究发展到大规模实际生产应用。目前已有10多种比较成熟的工艺方法 用于原型零件的制造。RP技术在产品开发中的关键作用和重要意义在实际应用 中得到了很好的印证，不受形状或结构复杂程度的限制，可以迅速地将示于计算 机屏幕上的设计变为可进一步评估的实物。根据原型可对设计的正确性、造型合 理性、可装配性和干涉，进行具体的检验。对形状较复杂而贵重的零件(如模具)， 如果直接依据CAD模型不经原型阶段就进行加工制造，这种简化的做法风险极 大，往往需要多次反复才能成功。不仅延误开发的进度，而且往往需花费更多的 资金。通过原型的检验可将此种风险减到最低的限度。一般来说,采用快速产品 开发(QRPM)技术，可减少产品开发成本30%一 70%，减少开发时间50%。在 快速模具制造方面，目前主要有RP间接制模和RP直接制模两种。无需数控铣 削，无需电火花加工，无需任何专用工装和夹具，直接根据原型将复杂的工具和 型腔制造出来，是当今RT技术的最大优势。
